semikonduktor

Fizikal

2022

Kami menerangkan apa itu semikonduktor elektrik, jenis, aplikasi dan contoh. Di samping itu, bahan konduktif dan penebat.

Semikonduktor yang paling banyak digunakan ialah silikon.

Apakah semikonduktor?

Semikonduktor ialah bahan yang mampu bertindak sebagai konduktor elektrik atau sebagai penebat elektrik, bergantung kepada keadaan fizikal di mana ia ditemui. Keadaan ini biasanya melibatkan suhu dan juga Tekanan, kejadian sinaran atau keamatan medan elektrik atau medan magnet yang mana bahan itu tertakluk.

Semikonduktor terdiri daripada unsur kimia sangat berbeza antara mereka, yang sebenarnya berasal dari wilayah selain daripada Jadual berkala, tetapi mereka berkongsi ciri kimia tertentu (biasanya ia adalah tetravalen), yang memberi mereka sifat elektrik tertentu. Pada masa ini, semikonduktor yang paling banyak digunakan ialah silikon (Si), terutamanya dalam industri elektronik dan daripada pengkomputeran.

Bersama-sama dengan bahan penebat, semikonduktor ditemui pada tahun 1727 oleh ahli fizik dan naturalis Inggeris Stephen Gray (1666-1736), tetapi undang-undang yang menerangkan tingkah laku dan sifat mereka telah diterangkan kemudian, pada tahun 1821, oleh ahli fizik Jerman terkenal Georg Simon. Ohm (1789-1854).

Aplikasi semikonduktor

Semikonduktor amat berguna dalam industri elektronik, kerana ia membenarkan memandu dan memodulasi arus elektrik mengikut corak yang diperlukan. Atas sebab itu, lazimnya mereka digunakan untuk:

  • Transistor
  • litar bersepadu
  • Diod elektrik
  • Penderia optik
  • Laser keadaan pepejal
  • Modulator pemacu elektrik (seperti amp gitar elektrik)

Jenis semikonduktor

Semikonduktor boleh terdiri daripada dua jenis berbeza, bergantung pada tindak balasnya terhadap persekitaran fizikal di mana ia berada:

Semikonduktor intrinsik

Mereka terdiri daripada satu jenis atom, disusun dalam molekul tetrahedral (iaitu, empat atom dengan valens 4) dan atom-atomnya bercantum dengan ikatan kovalen.

Konfigurasi kimia ini menghalang pergerakan bebas daripada elektron mengelilingi molekul, kecuali untuk peningkatan suhu: maka elektron mengambil sebahagian daripada Tenaga tersedia dan "melompat", meninggalkan ruang kosong yang diterjemahkan sebagai cas positif, yang seterusnya akan menarik elektron baru. Proses ini dipanggil penggabungan semula, dan jumlah haba diperlukan untuk ini bergantung pada unsur kimia yang dimaksudkan.

Semikonduktor ekstrinsik

Bahan-bahan ini membenarkan proses doping, iaitu, mereka membenarkan beberapa jenis kekotoran dimasukkan ke dalam konfigurasi atomnya. Bergantung kepada kekotoran ini, yang boleh menjadi pentavalen atau trivalen, bahan semikonduktor dibahagikan kepada dua:

  • Semikonduktor ekstrinsik jenis N (penderma). Dalam jenis bahan ini, jumlah elektron melebihi jumlah lubang atau pembawa cas bebas ("ruang" cas positif). Apabila beza keupayaan dikenakan pada bahan, elektron bebas bergerak ke kiri bahan dan lubang kemudian ke kanan. Apabila lubang mencapai bahagian paling kanan, elektron dari litar luar memasuki semikonduktor, dan penghantaran arus elektrik berlaku.
  • Semikonduktor jenis P ekstrinsik (penerima). Dalam bahan-bahan ini, kekotoran tambahan, bukannya meningkatkan elektron yang ada, meningkatkan lubang. Oleh itu, kita bercakap tentang bahan penerima tambahan, kerana terdapat permintaan yang lebih besar untuk elektron daripada ketersediaan dan setiap "ruang" bebas di mana elektron harus pergi berfungsi untuk memudahkan laluan arus.

Contoh bahan semikonduktor

Semikonduktor berfungsi sebagai modulator penghantaran elektrik.

Semikonduktor yang paling biasa dan digunakan dalam industri ialah:

  • Silikon (Si)
  • Germanium (Ge), selalunya dalam aloi silikon
  • Gallium Arsenide (GaAs)
  • Sulfur
  • Oksigen
  • Kadmium
  • Selenium
  • India
  • Bahan kimia lain yang terhasil daripada gabungan unsur daripada kumpulan 12 dan 13 jadual berkala, masing-masing dengan unsur daripada kumpulan 16 dan 15.

Bahan konduktif

Tidak seperti semikonduktor, yang sifat pengaliran elektriknya berbeza-beza, bahan konduktif sentiasa bersedia untuk menghantar elektrik, disebabkan oleh konfigurasi elektronik atomnya. Kekonduksian ini boleh berubah-ubah dan terjejas sedikit sebanyak oleh keadaan fizikal persekitaran sejak kekonduksian elektrik ia tidak mutlak.

Contoh bahan pengalir adalah sebahagian besar daripada logam (besi, merkuri, tembaga, aluminium, dsb.) dan air.

Bahan penebat

Akhir sekali, bahan penebat adalah bahan yang menentang pengaliran elektrik, iaitu, yang menghalang laluan elektron dan ia berguna, oleh itu, untuk melindungi diri mereka daripada elektrik, untuk menghalangnya daripada menjalankan laluan bebas, atau daripada litar pintas. Penebat juga tidak melindungi seratus peratus dengan cekap, Mereka mempunyai had (voltan pecah) di atasnya tenaga yang sangat kuat sehingga mereka tidak dapat mengekalkan keadaan mereka sebagai penebat dan, oleh itu, menghantar arus elektrik, sekurang-kurangnya dalam tahap tertentu.

Contoh bahan penebat ialah plastik, seramik, kaca, kayu dan kertas.

!-- GDPR -->